【摘要】：壓電振動(dòng)能量采集器通過壓電效應(yīng)將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?其對(duì)于耗能較小、數(shù)量巨大且分布廣泛的傳感器網(wǎng)絡(luò)具有重要的意義。本文從電路的角度研究如何提高馳振壓電能量采集器的能量采集效率,提出兩種可以改善能量采集效率的電阻-電感-電容簡單電路。并給出基于這兩種電路的壓電能量采集器的分布參數(shù)模型,運(yùn)用僅考慮一階模態(tài)的伽遼金離散對(duì)模型進(jìn)行簡化,而后運(yùn)用等效結(jié)構(gòu)法對(duì)控制方程進(jìn)行解耦,并利用分布參數(shù)模型的數(shù)值解對(duì)此解耦方法做了數(shù)值驗(yàn)證。在解耦的過程中給出了兩種電路的修正頻率、電阻尼和能量采集效率的解析表達(dá)式,分析解耦后的控制方程,給出了此結(jié)構(gòu)的起始馳振電阻尼、最優(yōu)電阻尼和懸臂梁端部位移的解析表達(dá)式,確定了當(dāng)電阻尼為最優(yōu)電阻尼時(shí)取得最優(yōu)能量采集效率。運(yùn)用解耦的控制方程給出了此馳振壓電能量采集器取得最優(yōu)電阻尼時(shí)的電阻-電感-電容組合。此外,分析了不同風(fēng)速下的最優(yōu)能量采集效率和最大能量采集效率隨電阻、電感和電容的變化關(guān)系。求得了兩種簡單電路對(duì)應(yīng)的臨界電阻和最大電阻尼的解析表達(dá)式。這些研究結(jié)果表明,調(diào)節(jié)電路參數(shù)可以大大提高能量的采集效率,同時(shí)也可以將電感降低到適用的范圍�；趯�(duì)馳振壓電能量采集器的研究,壓電能量采集器是一種耗能機(jī)制,可以將其作為阻尼因素引入動(dòng)力吸振器中。本文基于壓電能量采集器設(shè)計(jì)了一種動(dòng)力吸振器,并基于動(dòng)力學(xué)和電學(xué)Hamilton方程給出了兩種形式的機(jī)電耦合Hamilton方程。運(yùn)用機(jī)電耦合Hamilton方程給出了此結(jié)構(gòu)的機(jī)電耦合控制方程,并通過高斯法則等方法簡化機(jī)電耦合控制方程。對(duì)比控制方程簡化前后的參數(shù),驗(yàn)證了簡化方法。運(yùn)用簡化后的控制方程,給出了此結(jié)構(gòu)振動(dòng)抑制和能量采集效果的數(shù)值解。研究表明,基于壓電能量采集器的動(dòng)力吸振器既能有效降低主振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)又能將振動(dòng)能通過壓電機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?達(dá)到了雙目標(biāo)設(shè)計(jì)的目的。給出了不同頻率下的時(shí)程曲線、相軌跡、頻譜圖和龐加萊截面,基于這些非線性分析方法分析了此動(dòng)力吸振裝置的非線性特性,發(fā)現(xiàn)了超諧波、擬周期和三倍周期等非線性現(xiàn)象,以及兩種不同形式的混沌。最后,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了動(dòng)力吸振裝置中的非線性現(xiàn)象。
【圖文】：

圖 1-1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用隨著信息科技時(shí)代的到來，，無線傳感器已在國防安全、智能家居、環(huán)測(cè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。工程中使用的無線傳感器往往耗小但數(shù)量巨大且分布廣泛，大部分無線傳感器的工作環(huán)境惡劣或是交通

位論文- 2 -振動(dòng)能量采集器一般有三種形式：電磁式[3,4]、靜電式[5,6]和壓電式[7]。圖1-2 給出了兩種典型的電磁式能量采集器，電磁式能量采集器基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)導(dǎo)致通過線圈的磁通量發(fā)生改變時(shí)，就會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生電能。圖 1-3 給出了兩種典型的靜電式能量采集器，靜電式能量采集器基于簡單電容，當(dāng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)導(dǎo)致電容極板的距離或是對(duì)應(yīng)面積發(fā)生變化時(shí)，電容就會(huì)充放電，從而將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。壓電式能量采集器由于其結(jié)構(gòu)簡單、能量密度高、不發(fā)熱、無電磁干擾、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的小型化、集成化等，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，基于壓電式的能量采集器成了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[8]。a) b)圖 1-2 電磁式能量采集器[9]a) b)圖 1-3 靜電式能量采集器[9]
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄒玉煒;黃學(xué)良;譚林林;;懸臂梁壓電發(fā)電機(jī)的基頻諧振頻率與功率[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年06期

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1 郭磊;多方向?qū)掝l帶振動(dòng)能量收集器研究[D];重慶大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2683023